Дори с напредъка на съвременната медицина, лекарите все още запечатват рани с техники, които изглеждат по-подходящи за занаятчийските кръгове, отколкото операционната зала: скоби, комплекти за шиене и лепило. Благодарение на ново изобретение науката за медицинските лепила може да получи модерно обновяване. Изследователите буквално преобърнаха камъни, за да измислят ново супер силно лепило от малко вероятно източник - смоли.
Свързано съдържание
- По-супер суперклей може да помогне за изграждането на желеподобни роботи
- Лепилото, направено от миди, слуз може да предотврати белези
Настоящият златен стандарт в медицинските лепила не е нищо друго освен суперзалепване. Активното съединение в суперклея, цианоакрилат, е най-трудното вещество навън, но това, че е силно, е почти всичко, което му е необходимо. Superglue няма да се придържа към мокри повърхности, което има проблем с кървящите рани. Веднъж нанесен върху суха повърхност, той се втвърдява веднага в твърда и непромокаема пластмаса, която се счупва, вместо да се движи с тялото по време на заздравяване. В допълнение, нещата могат да бъдат токсични за живите клетки.
"Понякога е изненадващо, нали?", Казва Дейвид Муни от селските методи за зашиване, достъпни за лекарите. Мууни е професор по биоинженерство в Харвардския университет, чиито изследвания гледат към естествения свят, за да проектират нови материали за медицински приложения. „През еволюционния процес организмите трябва да се сблъскат с редица различни ситуации“, казва той. Това може да отнеме милион години, но през това време организмът може да намери най-елегантния и ефективен начин да възстанови черупка или да залепи рана. Хората посягат към пистолет за телбод.
Муни и неговият екип се опитват да внесат малко от финес на животинското царство в решения, създадени от човека. Те го наричат "биоинспирация". Джианю Ли, докторантура в лабораторията на Муни, започна търсенето на примерен кандидат, който беше бастион на силата и гъвкавостта, необходими за запечатване на рани и спасяване на живота в хирургическа обстановка. След като прегледах литературата, „[ние] намерихме това много фантастично създание“, казва Ли. "Плужекът."
Arion subfuscus е обикновен оранжев плужек, който живее в северните умерени райони по света. Защитната му слуз е вдъхновила ново медицинско лепило. (Wikimedia Commons) Подфускусът на Arion , въпросният плужек, може да изглежда като малко вероятно кандидат. Тези непретенциозни, ръждясали оранжеви мекотели водят обикновен живот в градини и под дървени трупи в умерените северни региони по света, съобразявайки се със собствения си бизнес. Тоест, докато нещо не се обърка с тях. Ако гладният хищник се опита да вземе клечка, халката детонира кеш от отбранителна слуз.
„Когато открих тези плужеци и взех един от тях, разбрах, че този материал е наистина невероятен“, казва Андрю Смит, професор по биология в колежа в Итака и експерт по биохимичните свойства на слуз на мекотели, който не е участвал в изследването, „Буквално изтича от гърба на плужека и се превръща за секунди в наистина труден, еластичен гел“, казва той.
„Нещото, което го прави вълнуващо е, че материалът е много труден“, казва Смит. Той може да бъде опънат повече от 10 пъти по-голяма от дължината му, като гумена лента, която няма да се спука. Може да се втвърди, но остава гъвкава. За разлика от суперзалепването, той ще работи на мокри повърхности. И е супер, супер лепкаво. Всъщност Смит все още се бори да дезактивира лабораторното си оборудване.
Трансфиксиран от силата на слуз, той се зае да разбере как работи.
„Типичен гел като Jell-o е твърд, но е крехък - ако натиснете лъжица върху него, той се разделя“, казва Смит. Плужките са измислили начин да бъдат силни там, където желатиновите десерти са слаби. Той откри, че слузът е 97 процента вода, но изтъкан от два различни полимера. Първият е организиран като мрежеста мрежа; тя осигурява силния гръбнак. Заплетени през мрежата са обширни полимерни вериги, които поддържат мрежата, сплетена заедно, когато се разтягат на дълги разстояния. Тази така наречена двойна матрица е ключът към силата и гъвкавостта на слузта на плужека.
Тогава плужеците правят цялото нещо лепкаво, като го облицоват с положително заредени протеини, които действат като атомна велкро, свързвайки го с отрицателните заряди на тъканите повърхности. Нетният резултат? Уста, пълна с непромокаемо лепило, когато хищник влезе в закуска от плужек. Или идеалното вдъхновение за роман, ултра-силно медицинско лепило.
Това твърдо лепило се нанася върху прасешко сърце и се разтяга, за да покаже силната адхезия и издръжливост. (Кредит: Jianyu Li et al., Science 2017)Въз основа на работата на Смит, характеризираща слузестата слуз, Ли се замисли да повтори свойствата си в синтетично лепило. Мууни и Ли изтъкват, че никоя градинарска градина никога няма да навреди на своето изобретение. „В нашия материал няма никакъв елемент от слузеста слуз“, казва Мууни. "Използвахме го като вдъхновение."
След няколко години опити и грешки, Ли създаде прототип, който идеално имитира трайните свойства на двойната матрица на плужека, които те описват в проучване, публикувано днес в списание Science . Горният слой е хидрогел, който може да бъде изрязан до необходимия размер. Вторият слой се нанася като течен върху хидрогела и активира химичното свързване. „Това е скоч лента, която е прикрепена към нещо много еластично и може лесно да се движи с тъкани“, казва Мууни.
Новото лепило удря сладкото място, когато става въпрос и за време в хирургична обстановка. „Не е, ако случайно го докоснете до кожата си, тя е залепена и не можете да я свалите“, казва Мууни. Хирурзите ще имат около 10 секунди, за да поставят лепилото на мястото си. Веднъж настроен, лепилото „може да поеме напрежението и напрежението, изпитвано от тъканите“, казва Ли - напрежение като биещо сърце, дишане и движение.
С прототип екипът постави лепилото си на теста. Те проведоха механични експерименти с разтягане, използваха лепилото, за да закърпят ранените рани на плъхове и дори демонстрираха силата си в запечатването на голям дефект в сърцето на биещо прасе. Във всяко изпитание тяхното вдъхновено от слимак лепило превъзхождаше всички налични в търговската мрежа продукти, движейки се гъвкаво с лечебни черни дробчета и изпомпващи сърца, всички без видима токсичност.
Стратегията на екипа да търси природата за решаване на проблеми е ценност, споделена от Филип Месерсмит, професор по биоинженерство и материалознание в Калифорнийския университет Беркли, чиито изследвания използват мидите като биоинспирация за лепила. „Това наистина е много важно проучване“, казва той. „Много добре изпълнен и с важни последици за медицинските приложения.“ Въпреки че Messersmith няма технически резерви, той отбелязва, че всяко бъдещо приложение за хирургия ще изисква материалът да бъде биоразградим.
За щастие, следващата на докета е биоразградима версия на тези лепила. С патент, Ли и Муни също планират да преценят дали тяхното изобретение може да се използва безопасно при хора. „При човешките пациенти безопасността е от първостепенно значение, така че ще има дългосрочни проучвания, за да има висока степен на увереност в безопасността“, казва Мууни. Те също така разработват версия на лепилото, което може да се инжектира на труднодостъпни места, които се нуждаят от лепенки. Вдъхновен от непретенциозен плужек под скалите във вашата градина, изглежда, че небето е границата за това изобретение.
„Ние работим върху охлювите известно време и наистина бях сигурен, че това ще доведе до нещо добро“, казва Смит. "Винаги съм чувствал, че този плужек е забележителен и има потенциал да доведе до наистина полезни лепила и уау - наистина показаха."
